donkere materie die afstoot
Donkere materie die afstoot (p1)
Donkere materie die afstoot.
** Jean-Pierre Petit en P. Midy ** Observatorium van Marseille, Frankrijk ---
Samenvatting:
We onderzoeken de fenomenologische aspecten van een systeem met twee populaties waarvan de dynamica zowel aantrekkende als afstotende krachten omvat. Een nieuwe geometrische structuur, met twee plooien, gekoppeld aan twee gekoppelde veldvergelijkingen via het gravitatieveld, maakt het mogelijk om het obstakel van "negatieve massa's" te omzeilen en zorgt ervoor dat een systeem denkbaar wordt waarin de energie van alle deeltjes positief is. We tonen aan dat onder deze omstandigheden de materie uit de tweede populatie geometrisch niet observabel is en dus de status van afstotende donkere materie verkrijgt. Sterrenstelsels zouden geplaatst zijn in holtes binnen een homogene verdeling van afstotende donkere materie. Dit veroorzaakt een geconfindeerd effect met een realistische rotatiecurve. We tonen aan dat de negatieve gravitationele lensing, gekoppeld aan afstotende donkere materie, de sterk waargenomen effecten zou kunnen verklaren, wat een alternatief vormt voor het klassieke model van donkere materie. Afgeleid uit dit nieuwe kosmologische model wordt de leeftijd van het Universum 15,7 miljard jaar, door de interactie tussen de twee soorten materie.
1) Inleiding. ** **
...Tegenwoordig is het niet meer mogelijk om astronomische waarnemingen uitsluitend te verklaren op basis van zichtbare materie. Daarom is het concept van donkere materie geleidelijk aan gevestigd. Verschillende hypothese zijn voorgesteld over de aard van dit onzichtbare onderdeel van het Universum, dat zou bijdragen aan de vorming van het gravitatieveld en daardoor het ontbrekende massa-effect in sterrenstelsels en gravitationele lensing zou veroorzaken. Machos hebben teleurstellend uitgepakt. Sommigen grepen terug op deeltjes waarvan de fysieke bestaan speculatief blijft, zoals zware neutrino's. Tot nu toe heeft geen enkele formulering de overhand gekregen, en er blijven vele hypothese mogelijk over deze donkere materie. In dit artikel stellen we voor om de gevolgen te onderzoeken van een gravitationele interactie tussen onze materie (massa m) en een specifieke vorm van donkere materie, samengesteld uit massa's m*, zodanig dat:
-
m en m' elkaar aantrekken volgens de wet van Newton
-
m* en m*' elkaar aantrekken volgens de wet van Newton
-
m en m* elkaar afstoten volgens een wet die lijkt op die van Newton
We noemen m* "afstotende donkere materie".
Dit kan eenvoudig worden samengevat door de volgende uitdrukking te overwegen:
(1)
waarbij de massa's ma en mb positief of negatief kunnen zijn. Fysici zouden direct kunnen opmerken dat deeltjes met negatieve massa ook een negatieve energie hebben, wat fysisch geen zin heeft. In sectie 3 van dit artikel stellen we een nieuwe geometrische context voor die het mogelijk maakt dat twee populaties, met massa's m en m*, beide positief, en met energieën mc² en m*c² die positief zijn, onderling kunnen interageren op een manier die past binnen het vorige schema. Het feit dat de twee sub-systemen alleen via gravitatie kunnen interageren, wordt geometrisch gerechtvaardigd.
.
2) Afstotende donkere materie die sterrenstelsels beperkt.
...Het is al lang bekend dat het gravitatieveld veroorzaakt door een materieverdeling, afgeleid uit waarnemingen, niet in staat is de centrifugale krachten in sterrenstelsels te balanceren. De ontbrekende massa is ongeveer drie tot vijf keer groter dan de waargenomen massa. Bovendien tonen rotatiecurves van sterrenstelsels een karakteristiek "stap"-effect (verhoogde snelheid aan de rand) dat niet verklaard kan worden uit de waargenomen materieverdeling. Daarom hebben onderzoekers geprobeerd de explosie van sterrenstelsels te voorkomen en dit aspect van rotatiecurves te reproduceren door kunstmatig, ad hoc verdelingen van donkere materie in te voeren. Laten we nu het voorgestelde model bekijken, bestaande uit gewone (waargenomen) materie en niet-waargenomen afstotende donkere materie, en zien of dit model de beperking van sterrenstelsels kan waarborgen. Allereerst beschouwen we een sterrenstelsel waarin de materie wordt verdeeld volgens het model van Myamoto en Nagai [1]:
(2)
...Deze asymmetrische materieverdeling wordt verondersteld geplaatst te zijn in een holte binnen een homogene verdeling van afstotende donkere materie (figuur 1, waarin gewone materie wordt verdeeld volgens a = 5; b = 1 in (2).
** ** Figuur 1: Het sterrenstelsel omgeven door afstotende donkere materie. Asymmetrisch systeem.
...We plaatsen afstotende donkere materie rond het stelsel, met een willekeurige dichtheidsgradient, afgestemd op empirische gronden. Deze massa-verdeling kan worden beschreven door een superpositie van dikke ellipsoïden, geladen met materiedichtheid** *ri (die positief of negatief kan zijn), i is de index van de massieve ellipsoïde, met horizontale as ai en verticale as bi. Het veld, binnen en buiten deze lichamen, wordt gegeven door vrij eenvoudige analytische formules ([2] en [3]). Gegeven een verzameling dergelijke massieve ellipsoïden, is het mogelijk om het 3D-veld te berekenen. In figuur 1 hebben we de massa-dichtheid r van afstotende donkere materie weergegeven door de variatie in dichtheid van witte punten in de ruimte. Dit resulteert niet uit een numerieke simulatie met massa-punten, zoals de afbeelding zou kunnen suggereren. De massa-verdeling werd beschreven door een verzameling massieve ellipsoïden met verschillende parameters (aslengtes, materiedichtheid).
...Figuur 2 toont de gekozen verdeling van afstotende donkere materie. Figuur 3 toont het gravitatieveld veroorzaakt door deze afstotende donkere materie, berekend volgens de hierboven beschreven methode. De schalen van figuren 1 en (2-3) zijn verschillend, de laatste zijn een vergroting. De schaalovereenkomst is aangegeven. Zoals we kunnen zien, veroorzaakt de verdeling van afstotende donkere materie een beperkend effect op het sterrenstelsel, zowel in de r- als in de z-richting. Figuur 3 toont de overeenkomstige rotatiesnelheid voor afstotende donkere materie alleen. We zien dat een dergelijke verdeling van afstotende donkere materie grote rand-snelheden toelaat.
Figuur 2: De gekozen verdeling van afstotende donkere materie: een verzameling dikke, concentrische, platte ellipsoïden met dichtheid** *r(r) d is de diameter van de ellipsoïde.
Oorspronkelijke versie (Engels)
repulsive dark matter
Repulsive dark matter (p1)
Repulsive dark matter.
** Jean-Pierre Petit and P.Midy** Observatory of Marseille,France ---
Abstract :
We explore the phenomenological aspects of a two population system whose dynamics implies both attractive and repelling forces. A new geometrical structure, with two folds, associated to two field equations, coupled through the gravitational field, allows to bypass the stumbling block of the "negative masses" and makes such a conceivable system, where the energies of all the particles are positive. We show that in these conditions, the matter in the second population is geometrically non-observable and therefore gets the status of repulsive dark matter. Galaxies would be housed in cavities of a homogenous distribution of repulsive dark matter. This generates a confinment effect with realistic rotation curve. We show that the negative gravitational lensing, associated with repulsive dark matter would explain the strong observed effects, which would be an alternative to the "classical" dark matter model. As derived from this new cosmological model, the age of the Universe becomes 15.7 billions years, due to the interaction of the two matters.
1) Introduction. ** **
...Nowadays trying to account for astronomical observations on the basis of observable matter only is no longer possible. That is for dark matter concept has become increasingly widespread. Various hypothesis have been proposed about the nature of this unobserved component of the Universe, which should contribute to the formation of the gravitational field and thus lead to the missing mass effect in galaxies and to gravitational lensing. Machos have turned out to be disappointing. Some people resort to particles whose physical existence is speculative, such as massive neutrinos. In so far no formulation seems to have prevailed and many hypothesis remain possible about this dark matter. In this paper we propose to investigate the consequences of a gravitational interaction between our matter (mass m) and particular dark matter, made of masses m*, such that :
-
m and m attract each other according to the Newton law
-
m* and m* attract each other according to the Newton law
-
m and m* repel each other according to a Newton-like law
We shall call m* "repulsive dark matter".
This could be summed up simply, considering that in the following expression :
(1)
where the masses ma and mb can be positive or negative. Physicists could argue immediately, saying that particles with negative masses also have negative energies, which lacks physical meaning. In the section 3 of the article we shall propose a new geometrical context which makes possible the interaction of two populations, with masses m and m*, both positive, whose energies mc2 and m*c2 are positive, in such a way that the forces fit with the former scheme. The fact that the two sub-systems may interact only through gravitation will be geometrically justified.
.
2) Repulsive dark matter confining galaxies.
...I has been known for long that the gravitational field due to a matter distribution inferred from observation would not be able to balance the centrifugal forces in galaxies. The missin mass is about three to five times the observed one. Moreover, the rotation curves of galaxies show a characteristic step (peripheral excess velocities) which cannot be accounted for starting from the observed distribution of matter. So people attempts both to prevent explosion of galaxies and to reproduce this aspect of rotation curves using ad hoc, artificially introduced distributions of dark matter. Let us now turn to the proposed model of ordinary (observed) matter and unobserved repulsive dark matter, and see whether this model can ensure the confinment of galaxies. At first, we consider a galaxy where matter is distributed according to the model of Myamoto and Nagai [1] :
(2)
...This axisymmetrical matter distribution is supposed to be located in a hole of a uniform repulsive dark matter distribution (Fig.1, in which ordinary matter is distributed according to a = 5 ; b = 1 in (2).
** ** Fig.1 : The galaxy surrounded by repulsive dark matter. An axisymmetrical system.
...We arrange repulsive dark matter around it, with an ad hoc density gradient, shaped on empirical grounds. This mass distribution can be described through a superposition of thick ellipsoids, charged by matter density** *ri (which could be positive or negative), i being the index of the massive ellipsoid, with horizontal axis ai and vertical axis bi. The field, inside and outside such bodies, is given by quite simple analytical formulas ([2] and [3]). Given a set of such massive ellipsoids it becomes possible to compute the 3d field. On figure 1 we have figured the mass-density r of repulsive dark matter by the variation of the density of white points in space. This does no result from numerical simulation, performed with mass points, as the image might suggest. The mass distribution was described by a set of massive ellipsoïds, with various parameters (lenghts of axis, mass-density).
...Figure 2 shows the corresponding chosen axisymmetric repulsive dark matter distribution. Figure 3 represents the gravitational field, due to this repulsive dark matter, computed by the method described above. The two scales of figures 1 and (2-3) are different, the last ones being a zoom. The scale correspondance is indicated. As we can see, the repulsive dark matter distribution produces a confinment effect on the galaxy, both in the r and z-directions. Figure 3 shows the corresponding rotation velocity for repulsive dark matter alone. We see that such a repulsive dark matter distribution allows large peripheric velocities.
Fig. 2 : The chosen repulsive dark matter distribution : a set of thick, concentric flat ellispsoids with density** *r(r) d being the diameter of the ellipsoid.